列車高速過隧道人耳氣壓傷損傷機理及風險研究

《列車高速過隧道人耳氣壓傷損傷機理及風險研究》是依託中南大學，由彭勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：列車高速過隧道人耳氣壓傷損傷機理及風險研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭勇
• 依託單位：中南大學

項目摘要

列車高速通過隧道時所產生的瞬變氣壓會造成不同程度的耳氣壓傷，嚴重影響了乘客舒適性。本項目採用動模型試驗、壓力倉模擬試驗、數值模擬、病理分析和理論分析相結合的方法進行列車高速過隧道人耳氣壓傷損傷機理及風險研究。構建列車高速穿越隧道時隧道瞬變壓力向車內傳遞的數學模型，獲取列車車廂內瞬變氣壓變化規律；研究車廂內瞬變氣壓下耳氣壓傷病理表征，從生理學角度研究與耳氣壓傷相關聯的壓力波動特徵指標；建立人耳精細模型並進行耳氣壓傷損傷重建，研究列車高速過隧道時瞬變氣壓下的耳氣壓傷損傷機理，分析導致耳氣壓傷的主要原因；基於耳氣壓傷病理表征和損傷機理，建立隧道瞬變氣壓下的耳氣壓傷損傷風險模型，為我國高速鐵路隧道、列車設計和確定列車在隧道內最高通過速度提供參考數據。

結題摘要

列車高速通過隧道時將引起人耳不同程度的不舒適感，且隨著列車運營速度的提高氣壓不舒適度不斷加劇。我國高速鐵路總里程與隧道里程均居世界首位，隧道長度與線路長度比值較大，因此亟待開展耳氣壓舒適性及氣壓傷的研究。本項目以某動車組高速通過隧道時車廂內產生的交變壓力為研究內容，從生物力學、病理學角度揭示人耳不舒適性的產生機理、損傷機理，對車內壓力環境品質進行了預測與評估。開展了動車組模型在不同速度等級下通過不同長度和橫截面積的隧道時隧道內壓力波動特性的試驗研究，通過實車試驗獲取了動車組在不同隧道運行工況下的不同車廂內的交變壓力；採集了健康成年志願者頭部顳骨的CT和MRI斷層數據，構建了完整的人耳生物力學有限元模型並對其進行了驗證；基於顳骨CT數據重建了鼓膜有限元模型，採用遺傳算法得到了鼓膜的粘彈性材料參數；研建了一套可用於模擬特定交變壓力工況和動車組車內壓力變化的交變壓力實驗裝置，利用該裝置完成了豚鼠在外界正壓和負壓環境下的耳氣壓舒適性實驗研究，記錄了豚鼠在實驗過程中的生理反應；依據觀察得到的豚鼠生理反應和解剖病理分析，將豚鼠耳舒適性劃分為理想、良好、較差、惡劣和不可忍受共5個等級；結合動物實驗結果和人耳生物力學模型構建了鼓膜和聽骨鏈的動力學回響模型，提出了用於氣壓舒適性的評價方法和評價指標，揭示了交變氣壓對人耳舒適性的作用機理。同時，利用所建立的人耳生物力學有限元模型，可實現對車內交變氣壓品質和噪聲舒適性的評估和預測研究。本項目累計發表論文9篇，審稿2篇，國際會議論文2篇；申請國家發明專利2項，處於實質審查中；培養博士研究生3名，已畢業2名，碩士研究生2名，已畢業1名。